Een HZB-team heeft bij BESSY II bij de EDDI beamline een ingenieuze precisie-draaitafel ontwikkeld en gecombineerd met bijzonder snelle optiek. Dit stelde hen in staat om de vorming van poriën in metaalkorrels tijdens schuimprocessen te documenteren met 25 tomografische beelden per seconde - een wereldrecord.

De kwaliteit van materialen hangt vaak af van het fabricageproces. Bij het gieten en lassen, bijvoorbeeld, de snelheid waarmee smelten stollen en de resulterende microstructuur van de legering is belangrijk. Met metaalschuim, het hangt ook af van hoe het schuimproces precies plaatsvindt. Om deze processen volledig te begrijpen, is snelle detectie vereist. De snelste 3D-tomografische beelden tot nu toe zijn nu gemaakt met de BESSY II-röntgenbron die wordt beheerd door het Helmholtz-Zentrum Berlin.

Dr. Francisco Garcia-Moreno en zijn team hebben een draaitafel ontworpen met een ultrastabiele rotatie rond zijn as met een constante snelheid. Hoge precisie is essentieel, omdat elke tuimeling rond de rotatie-as of zelfs minimale afwijkingen in de rotatiesnelheid de betrouwbare berekening van de 3D-tomografie zou verhinderen. Terwijl in de handel verkrijgbare oplossingen van enkele honderdduizenden euro's tot 20 tomografische beelden per seconde mogelijk maken, de Berlijnse natuurkundigen konden een aanzienlijk goedkopere oplossing ontwikkelen die nog sneller is.

"Mijn twee promovendi aan de Technische Universität Berlin produceerden de specimenhouders zelf op de draaibank, " zegt Garcia-Moreno, die het leuk vindt om oplossingen te bedenken voor lastige technische problemen en zelf veel vakmanschap in huis heeft. In de werkplaats van de HZB werden aanvullende componenten geproduceerd. In aanvulling, Garcia-Moreno en zijn collega Dr. Catalina Jimenez hadden tijdens de voorbereidende fasen van dit werk al gespecialiseerde optica ontwikkeld voor de snelle CMOS-camera, waardoor gelijktijdige diffractie mogelijk was. Dit maakt het mogelijk om ongeveer 2000 projecties per seconde op te nemen, waaruit in totaal 25 driedimensionale tomografische afbeeldingen kunnen worden gemaakt.

Als eerste voorbeeld het team onderzocht korrels van aluminiumlegeringen die bij verhitting een metallisch schuim worden. Om dit te doen, boven het metaalgranulaat monteerden ze een krachtige infraroodlamp om het monster te verhitten tot zo'n 650 graden Celsius. Elke 40 milliseconden werd een compleet 3D-tomografische afbeelding met een ruimtelijke resolutie van 2,5 micrometer (pixelgrootte) gegenereerd. De bijna 400 tomografische 3D-beelden maken nu gedetailleerde, tijdsopgeloste analyse van het proces zoals het zich heeft voorgedaan.

"We wilden een beter begrip ontwikkelen van hoe poriën zich in de korrels vormen - of ze ook de korreloppervlakken bereiken en in hoeverre dit proces varieert in verschillende korrels, " legt Garcia-Moreno uit. Het is een kwestie van praktisch belang die ook van belang is voor de industrie. Dit komt omdat korrels van metallische verbindingen gecompliceerde vormen tijdens het schuimen beter kunnen vullen dan schuimen die zijn vervaardigd uit een blok metaal. het vormdeel is alleen bestand tegen spanning als de korrels ook tijdens het opschuimen nauw met elkaar hechten. Met de ultrasnelle 3D-tomografie ontwikkeld door BESSY II, dit kan nu heel precies worden waargenomen, net als een groot aantal andere dynamische processen.

Aangezien de EDDI-bundellijn moet worden gedemonteerd voor de upgrade van BESSY II naar BESSY-VSR, Garcia-Moreno heeft contact opgenomen met andere röntgenbronnen en is van plan deze methode op die locaties in te voeren.